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Qualcosa che non è uno shock per i professionisti del settore dei semiconduttori sta cambiando. Secondo quella che oggi è comunemente nota come legge di Moore, basata su un’osservazione fatta nel 1965, il numero di transistor su un circuito integrato è raddoppiato all’incirca ogni due anni per più di cinquant’anni. La vastità e la varietà di prodotti che oggi sono fondamentali per la vita quotidiana è una diretta conseguenza del progresso tecnologico senza fine. Ogni anno che passa, i semiconduttori continuano a seguire la tendenza, in conformità con la legge di Moore, a causa della domanda di semiconduttori ancora più piccoli, più leggeri e più potenti.
Tra l’incessante necessità di semiconduttori in applicazioni avanzate in diversi settori, le preoccupazioni per la gestione termica non sono mai da meno. Se si desiderano prestazioni e affidabilità ottimali dei semiconduttori, la gestione termica è una necessità assoluta. Una caratteristica comune ai semiconduttori è che, durante il funzionamento, producono una grande quantità di calore in eccesso che, se non gestito, ne diminuirebbe le prestazioni. La gestione di detto calore avviene sotto forma di tecniche di dissipazione del calore, trasferendo il calore dal semiconduttore ed infine all’ambiente circostante. Il nocciolo della questione è che con le dimensioni sempre più decrescenti dei semiconduttori arriva un’entità sempre crescente di densità di flusso di calore che devono essere affrontate. Detto questo, i progettisti di vari settori dovranno essere innovativi nell’identificazione di soluzioni di gestione termica per risolvere il dilemma termico associato ai semiconduttori.
“Più innovazione. Meno caldo”. Questa è la sintesi più accurata dell’ideologia di T-Global Technology, che è anche lo slogan dell’azienda. È un’etica che si riverbera in tutta l’azienda nella fornitura di prodotti e servizi termici completi, aiutando le aziende a trovare le soluzioni termiche di cui hanno bisogno per i prodotti attuali e per le tecnologie del futuro. In T-Global disponiamo di una fabbrica di produzione completa e di un reparto di ricerca e sviluppo con sede a Taiwan. Ci impegniamo a esplorare costantemente innumerevoli innovazioni allo scopo di stare al passo con il rapido cambiamento del mercato e delle richieste dei clienti. Offriamo la soluzione termica totale per i clienti in settori quali, a titolo esemplificativo, quelli dell’informazione, della comunicazione, dell’elettronica, dell’optronica, dell’automotive, dell’illuminazione e dei dispositivi medici. Non solo disponiamo di un team di progettazione e innovazione esperto, ma T-Global fornisce anche servizi di progettazione personalizzati per soddisfare le esigenze specifiche del cliente.
Vale la pena ricordare che T-Global ha già ottenuto le certificazioni ISO9001, ISO14001 e IECQ. Inoltre, con la gestione del prodotto e i macchinari di alta qualità, i nostri prodotti hanno anche ottenuto la certificazione RoHS, REACH e UL, consentendo a T-Global di offrire un’ampia gamma di prodotti di dissipazione termica affidabili e di alta qualità. Tali prodotti includono materiale assorbente flessibile, chip di raffreddamento termoelettrico, dissipatori di calore, materiale di interfaccia termica, tubi di calore e camere di vapore, la cui implementazione dipende dalle esigenze del cliente. Un altro servizio degno di nota è la simulazione termica. Una simulazione termica aiuta il reparto R&D di T-Global a identificare il modo migliore per risolvere le esigenze di dissipazione del calore di un cliente. In collaborazione con Flotrend Corporation, T-Global è in grado di offrire soluzioni di gestione termica ai clienti durante la concettualizzazione iniziale di un prodotto. Ciò consente ai clienti di sviluppare prodotti affidabili che funzioneranno senza cure successive eccessive e costose. Di seguito viene descritta una breve spiegazione di come il reparto R&D di T-Global può utilizzare il servizio di simulazione termica a vantaggio del cliente.
Supponendo che un cliente presenti un problema di dissipazione del calore come segue:
Figura 1: Prodotto del cliente.
Figura 2: Sezione trasversale del prodotto del cliente.
Tavolo 1: Un esempio di specifiche del cliente.
In questo scenario particolare, il cliente avrebbe bisogno di un’analisi relativa alle capacità di dissipazione del calore del proprio prodotto. Il dipartimento R&D di T-Global è ben attrezzato per offrire tale analisi, un’analisi che comporterebbe:
- Studiare e comprendere i parametri e le specifiche fornite dal cliente, come riportato nella tabella sopra.
- Indagare come il problema del calore è o non è risolto, dopo aver ricevuto il progetto del modello del cliente (SolidWorks, STP, ecc.), prima che T-Global apporti modifiche. Questo permette agli ingegneri di valutare i possibili percorsi che si possono intraprendere per raggiungere una soluzione che soddisfi al meglio i parametri iniziali del cliente.
- Esplorare le possibili soluzioni e compilare un report da presentare al cliente e offrire la migliore raccomandazione per una via da seguire.
Nella figura seguente, quello che si può vedere è il risultato di una simulazione termica (usando FloTherm XT) del processore selezionato dal cliente, presupponendo che non sia stato implementato alcun meccanismo di dissipazione del calore. Ciò consente agli ingegneri di osservare quanto bene funzionerebbe la soluzione di dissipazione del calore del cliente (data la conoscenza della temperatura di giunzione del processore quando non è stato implementato un modulo di dissipazione termica) in un ambiente reale e se soddisferebbe la temperatura di giunzione del processore requisiti.
Figura 3: Temperatura del processore (e PCB) senza un’implementazione della dissipazione del calore.
Successivamente viene eseguita una simulazione del prodotto completo del cliente, ricordandosi di attenersi alle specifiche del cliente. I risultati di quella particolare simulazione sono mostrati di seguito.
Figura 4: temperatura del processore con un’implementazione della dissipazione del calore.
Dai risultati di cui sopra, gli ingegneri effettuano un’analisi e fanno inferenze, una delle quali sarebbe la capacità del case del prodotto di assorbire e dissipare il calore nell’aria circostante riducendo così i processori a 111,55 ⁰C da 202,54 ⁰C. Oltre a ciò, gli ingegneri possono anche identificare il motivo per cui il progetto del cliente non funziona come desiderato (soddisfacendo il parametro della temperatura operativa massima del processore):
- Un notevole inconveniente di questo problema di dissipazione termica è la temperatura ambiente stabilita dal cliente. È troppo vicino, in grandezza, alla temperatura operativa massima (giunzione) del processore. Quella piccola differenza tra le due temperature, in condizioni di convezione naturale, è un ostacolo alle capacità di dissipazione del calore del prodotto del cliente.
- Un altro possibile problema sarebbe l’uso e le dimensioni del dissipatore di calore. Il dissipatore di calore aggiunge resistenza termica al flusso di calore dal processore alle alette situate sulla superficie del coperchio del prodotto. Ciò significa che una piccola quantità di calore viene trasferita alle alette, mentre la maggior parte del calore viene assorbita dal PCB così come l’aria che circola all’interno del prodotto del cliente.
Dopo aver individuato gli ostacoli summenzionati, è possibile quindi elaborare ed esplorare possibili soluzioni. Il dissipatore di calore viene esplorato in primo luogo a causa della disposizione fatta dal cliente secondo cui la temperatura ambiente è una variabile che non può essere modificata. Tuttavia, se necessario, può anche essere esplorato e possono essere fornite raccomandazioni ai clienti.
Per quanto riguarda il dissipatore di calore, si esplorano due possibili soluzioni:
- Ridurre lo spessore del dissipatore di calore e successivamente aumentare la posizione del PCB per tenere conto della modifica proposta.
- Rinunciare del tutto al dissipatore di calore e successivamente “far cadere” la base delle alette centrali per tenere conto della modifica proposta.
I risultati rilevanti sono riportati di seguito:
Figura 5: temperatura del processore con uno spessore del dissipatore di calore modificato.
Figura 6: temperatura del processore senza dissipatore di calore.
I risultati mostrati sopra indicano che le modifiche apportate al dissipatore di calore hanno scarso effetto sulla temperatura (giunzione) del processore. Inoltre, i risultati suggeriscono anche che la supposizione iniziale relativa alla differenza relativamente piccola tra la temperatura ambiente e quella di giunzione fosse, di fatto, corretta. Ciò richiede quindi l’esplorazione della temperatura ambiente come variabile, anziché come costante. L’aspettativa è che la temperatura di giunzione mostri una variazione più significativa una volta che la temperatura ambiente si è abbassata, in contrasto con le variazioni relativamente piccole che sono state osservate fino a questo punto. Di seguito si riportano gli esiti della suddetta indagine.
Figura 7: Progetto originale del cliente con temperature ambiente inferiori a 70 ⁰C: a.) 60 ⁰C, b.) 50 ⁰C e c.) 40 ⁰C.
Figura 8: Spessore del diffusore di calore modificato con temperature ambiente inferiori a 70 ⁰C: a.) 60 ⁰C, b.) 50 ⁰C e c.) 40 ⁰C.
Figura 9: Nessuna modifica del dissipatore di calore con temperature ambiente inferiori a 70 ⁰C: a.) 60 ⁰C, b.) 50 ⁰C e c.) 40 ⁰C.
Tavolo 2: Riepilogo dei risultati della simulazione termica.
Da questi risultati, si può osservare che l’abbassamento della temperatura ambiente consente un gradiente di temperatura maggiore che, a sua volta, significa che più calore può essere trasferito dal processore al case e, in definitiva, all’aria circostante. Inoltre, l’abbassamento della temperatura ambiente senza alcuna modifica al design del prodotto originale del cliente determina una temperatura di giunzione che soddisfa i requisiti operativi del processore.
A questo punto, gli ingegneri di T-Global compileranno un report che dettaglia i risultati delle diverse simulazioni termiche e offriranno la migliore soluzione possibile. Si consiglia al cliente di rivalutare le condizioni che circondano le specifiche iniziali della temperatura ambiente prima di inviare il proprio prodotto sul mercato.
Per ulteriori informazioni su come T-Global può aiutarti a risolvere il problema della dissipazione termica in modo affidabile, non esitare a visitare il nostro sito Web all’indirizzo https://www.tglobalcorp.com/
